基于工程實(shí)例的PMSAP和SAP2000軟件分析比較.pdf

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1、DOI：10．3969／j．issn．1672—4011．2013．03．020基于工程實(shí)例的PMSAP和SAP2000軟件分析比較唐琳(信息產(chǎn)業(yè)電子第十一設(shè)計(jì)研究院科技工程股份有限公司，四川成都610021)摘要：本文通過運(yùn)用PKPM旗下PMSAP和有限元通用程序SAP2000兩種軟件對(duì)一個(gè)重要構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析、比較及印證，一方面確保這一構(gòu)筑物設(shè)計(jì)的可靠性，另一方面對(duì)上述兩類軟件設(shè)計(jì)結(jié)果加以分析，從而在今后的結(jié)構(gòu)有限元分析設(shè)計(jì)中加以有效運(yùn)用。關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)有限元；PMSAP；SAF2000；固有頻率地震作用中圖分類號(hào)：TU318．2文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B文

2、章編號(hào)：1672—4011(2013)03—0040—020前言本文分析的結(jié)構(gòu)對(duì)象為中國(guó)電子科技集團(tuán)公司某研究所一天線塔基礎(chǔ)構(gòu)筑物。由于該構(gòu)筑物建設(shè)的重要性，設(shè)備廠家提出了該構(gòu)筑物應(yīng)具有較大剛度，固有頻率不應(yīng)小于7Hz等一系列的結(jié)構(gòu)參數(shù)要求。建筑所在地位于成都市都江堰地區(qū)(“5．12”地震震害嚴(yán)重，新抗規(guī)將該地區(qū)調(diào)整為8度設(shè)防區(qū)，第二組)。鑒于以上原因，采用結(jié)構(gòu)通用的單一設(shè)計(jì)軟件難以全面、準(zhǔn)確進(jìn)行分析，為保證該結(jié)構(gòu)的安全性及設(shè)計(jì)的合理性，擬采用兩種基于不同平臺(tái)的設(shè)計(jì)分析軟件對(duì)結(jié)構(gòu)的固有頻率、抗震性能等加以計(jì)算分析、比較及印證。本文采用的兩種程序，其一

3、為PMSAP，為PKPM旗下針對(duì)復(fù)雜多高層建筑研發(fā)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)程序。在這之前，剪力墻薄壁柱模型不是一個(gè)“符合結(jié)構(gòu)實(shí)際的力學(xué)模型”，PM·SAP則是基于廣義協(xié)調(diào)理論，細(xì)分墻單元和多邊形樓板單元，很好地體現(xiàn)剪力墻和樓板的真實(shí)變形及受力狀態(tài)，能夠保證墻元網(wǎng)格的良態(tài)，進(jìn)而保證墻元?jiǎng)偠扔?jì)算的準(zhǔn)確性。以上高精度剪力墻單元原則為本工程這類塔式剪力墻特殊結(jié)構(gòu)提供了精細(xì)分析的合理性。另一種用來加以佐證的程序軟件為國(guó)際上通用的基于有限元單元的復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)分析軟件SAP2000，它適用范圍很廣，主要適用于模型比較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，基本上集成了現(xiàn)有結(jié)構(gòu)分析中經(jīng)常遇到的方法，如時(shí)程分

4、析、地震動(dòng)輸入、動(dòng)力分析以及Push—over分析，另外還包括：靜力分析、用特征向量或Ritz向量進(jìn)行振動(dòng)模式的模態(tài)分析、對(duì)地震反應(yīng)的反應(yīng)譜分析等等。這些不同類型的分析可在程序的同一次運(yùn)行中進(jìn)行，并把結(jié)果綜合起來輸出。其中模態(tài)分析可以自行選擇進(jìn)行特征向量分析還是Ritz向量分析，分析顯示結(jié)構(gòu)相應(yīng)的頻率等振動(dòng)模態(tài)分析的結(jié)果，這也滿足本工程須精確計(jì)算結(jié)構(gòu)固有頻率的訴求。1工程概述本構(gòu)筑物為一塔式混凝土結(jié)構(gòu)，形式較為特殊，總高度為7．650m，分為3層，底部直徑為5．20m圓形，上部作者簡(jiǎn)介：唐琳(1979一)，女，重慶人，碩士，工程師，研究方向：建筑結(jié)構(gòu)

5、設(shè)計(jì)。直徑為2．30m圓形，混凝土墻體厚度為500mill，板厚度為150mm，如圖1所示結(jié)構(gòu)立面圖和圖2結(jié)構(gòu)三維效果圖所示。建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為樁筏基礎(chǔ)，確保對(duì)上部結(jié)構(gòu)有效的嵌固作用，從而保證上部結(jié)構(gòu)計(jì)算中固有頻率的準(zhǔn)確性。結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為1．1，安全等級(jí)為一級(jí)，按8度抗震等級(jí)設(shè)防，剪力墻抗震等級(jí)為三級(jí)。F習(xí)圈圖1結(jié)構(gòu)立面圖圖2結(jié)構(gòu)三維效果圖2分析及結(jié)果比較結(jié)構(gòu)分析前處理參數(shù)相同：設(shè)計(jì)烈度8度，第二組，地震組合CQC方式；參與計(jì)算振型數(shù)為9個(gè)；風(fēng)荷載基本風(fēng)壓0．3kN／m2；結(jié)構(gòu)構(gòu)件材料均為強(qiáng)度等級(jí)為C30的混凝土。2．1振型結(jié)果對(duì)比’、LL^』一j77

6、PMSAP第1振型振型方向角：X向平動(dòng)PMSAP第2振型振型方向：Y向平動(dòng)SAP2000第1振型振型方向角：X向平動(dòng)SAP2000第2振型振型方向：Y向平動(dòng)2013年第3第39卷總第17‘竺?13簍蘭SAP2000第3振型振型方向：扭轉(zhuǎn)1一圖3結(jié)構(gòu)前3振型圖形小結(jié)：由圖3PMSAP和SAP2000兩種軟件得出的振型圖看出，第1、2振型均為x向、Y向平動(dòng)變形，基本一致。而第3振型形狀有差異，PMSAP是扭轉(zhuǎn)變形，而SAP2000為以下層挑板上下振動(dòng)變形。這一現(xiàn)象提示結(jié)構(gòu)工程師在后續(xù)的挑板配筋設(shè)計(jì)中，不僅是上表面平臺(tái)荷載產(chǎn)生負(fù)彎矩，應(yīng)在挑板上表面配置鋼筋

7、，還應(yīng)充分考慮在地震作用下板下同樣有正向彎矩產(chǎn)生，板底也應(yīng)充分配置受力配筋。2．2周期對(duì)比(振型>4數(shù)據(jù)省略)表1周期(s)振型1振型2振型3PMSAP0．0800．0770．052SAP20000．0720．070O．0660．080—0．0720．077—0．0700．052—0．066周期比較0．080O．0770．052=lO％=9．1％=一27％2．3地震作用下位移(以X向位移為例)小結(jié)：由圖4(a)看出：最大位移發(fā)生在塔頂，最大位移0．27nun；往下位移逐漸降低；由圖4(b)看出：最大位移發(fā)生在塔頂(顏色淺)，最大位移0．14mm；往下

8、位移逐漸降低。兩種程序計(jì)算的節(jié)點(diǎn)位移數(shù)值有差距，但位移較大位置一致且變化趨勢(shì)一致。3結(jié)論SAP2000X向地